2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 課后限時(shí)集訓(xùn)21 電容器 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（含解析）新人教版

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1、課后限時(shí)集訓(xùn)(二十一) 電容器 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(建議用時(shí)：40分鐘)基礎(chǔ)對(duì)點(diǎn)練題組一：電容器與電容1.(2019賓川模擬)用控制變量法，可以研究影響平行板電容器電容的因素(如圖所示)。設(shè)兩極板正對(duì)面積為S，極板間的距離為d，靜電計(jì)指針偏角為。實(shí)驗(yàn)中，極板所帶電荷量不變()A保持S不變，增大d，則變大B保持S不變，增大d，則變小C保持d不變，減小S，則變小D保持d不變，減小S，則不變A根據(jù)電容的決定式C得知，電容與極板間距離成反比，當(dāng)保持S不變，增大d時(shí)，電容減小，電容器的電量Q不變，由電容的定義式C分析可知板間電勢(shì)差增大，則靜電計(jì)指針的偏角變大，故A正確，B錯(cuò)誤。根據(jù)電容的決定式C得知

2、，電容與極板的正對(duì)面積成正比，當(dāng)保持d不變，減小S時(shí)，電容減小，電容器極板所帶的電荷量Q不變，則由電容的定義式C分析可知板間電勢(shì)差增大，靜電計(jì)指針的偏角變大，故C、D錯(cuò)誤。2.(2019鄭州模擬)如圖所示，A、B為兩塊豎直放置的平行金屬板，G是靜電計(jì)，開關(guān)S閉合后，靜電計(jì)指針張開一定角度。下述做法可使靜電計(jì)指針張角增大的是()A使A板向左平移以增大板間距離B在A、B兩板之間插入一塊陶瓷板C斷開S后，使B板向左平移以減小板間距離D斷開S后，使B板向上平移以減小極板正對(duì)面積D開關(guān)S閉合，電容器兩端的電勢(shì)差不變，則指針的張角不變，故A、B錯(cuò)誤。斷開S，電容器所帶的電量不變，B板向左平移減小板間距，則

3、電容增大，根據(jù)U知，電勢(shì)差減小，則指針張角減小，故C錯(cuò)誤。斷開S，電容器所帶的電量不變，A、B的正對(duì)面積錯(cuò)開，電容減小，根據(jù)U知，電勢(shì)差增大，則指針張角增大，故D正確。3.(多選)(2019上饒模擬)一位同學(xué)用底面半徑為r的圓桶形塑料瓶制作了一種電容式傳感器，用來測(cè)定瓶內(nèi)溶液深度的變化，如圖所示，瓶的外壁涂有一層導(dǎo)電涂層和瓶內(nèi)導(dǎo)電溶液構(gòu)成電容器的兩極，它們通過探針和導(dǎo)線與電源、電流計(jì)、開關(guān)相連，中間的一層塑料為絕緣介質(zhì)，其厚度為d，相對(duì)介電常數(shù)為r。若發(fā)現(xiàn)在某段時(shí)間t內(nèi)有大小為I的電流從下向上流過電流計(jì)，設(shè)電源提供電壓恒定為U，則下列說法中正確的是()A瓶內(nèi)液面升高了B瓶內(nèi)液面降低了C電容器在

4、這段時(shí)間內(nèi)放電D瓶內(nèi)液面高度在t時(shí)間內(nèi)變化了BCD根據(jù)C，當(dāng)d、 r不變時(shí)，CS，而正對(duì)面積S正比于液面高度h。電流計(jì)中有從下向上流過的電流，說明電容器在放電，電容器帶電荷量QCU在減小，在電壓U恒定時(shí)，說明電容C在減小，則h也在減小，瓶內(nèi)的液面降低了，故A錯(cuò)誤，B、C正確。t時(shí)間內(nèi)放電，釋放的電荷量QUCIt，C，解得h，故D項(xiàng)正確。題組二：帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)4(2017江蘇高考)如圖所示，三塊平行放置的帶電金屬薄板A、B、C中央各有一小孔，小孔分別位于O、M、P點(diǎn)由O點(diǎn)靜止釋放的電子恰好能運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)?，F(xiàn)將C板向右平移到P點(diǎn)，則由O點(diǎn)靜止釋放的電子()A運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)返回B運(yùn)動(dòng)到P和P點(diǎn)之間

5、返回C運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)返回D穿過P點(diǎn)A設(shè)AB、BC間的電場(chǎng)強(qiáng)度分別為E1、E2，間距分別為d1和d2，電子由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)的過程中，據(jù)動(dòng)能定理得：eE1d1eE2d20當(dāng)C板向右平移后，BC板間的電場(chǎng)強(qiáng)度E2，BC板間的電場(chǎng)強(qiáng)度與板間距無關(guān)，大小不變。第二次釋放后，設(shè)電子在BC間移動(dòng)的距離為x，則eE1d1eE2x00比較兩式知，xd2，即電子運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)返回，選項(xiàng)A正確。5(2019合肥調(diào)研)一電子以初速度v0垂直于場(chǎng)強(qiáng)方向射入平行板電容器，射出電容器時(shí)的速度為v0。若上述過程中電子的初速度變?yōu)樵瓉淼?倍，電子重力不計(jì)，則電子射出電容器時(shí)的速度為()Av0 B2v0C3v0D2v0A一電子以初速度

6、v0，垂直于場(chǎng)強(qiáng)方向射入平行板電容器，射出電容器時(shí)的速度為v0，根據(jù)平行四邊形定則知，離開電容器時(shí)豎直分速度為：vy2v0，當(dāng)初速度變?yōu)樵瓉淼?倍，則運(yùn)動(dòng)時(shí)間變?yōu)樵瓉淼囊话?，加速度不變，離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的豎直分速度變?yōu)樵瓉淼囊话?，即為v0，根據(jù)平行四邊形定則知，電子射出電容器的速度為：vv0，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤。6.(2019合肥模擬)如圖所示，平行板電容器A、B兩極板水平放置，將其和二極管串聯(lián)接在電源上，已知A板和電源正極相連，二極管具有單向?qū)щ娦?。一帶?fù)電小球從A、B間的某一固定點(diǎn)水平射入，打在B板上的N點(diǎn)，小球的重力不能忽略，現(xiàn)通過上下平移A板來改變兩板間距，則下列說法正確的是()A

7、當(dāng)A、B間距增大時(shí)，小球可能打在N點(diǎn)的左側(cè)B當(dāng)A、B間距減小時(shí)，小球可能打在N點(diǎn)的左側(cè)C當(dāng)A、B間距減小時(shí)，電場(chǎng)力對(duì)小球做功不變D當(dāng)A、B間距增大時(shí)，電場(chǎng)力對(duì)小球做功不變D當(dāng)AB間距d增大時(shí)，電容減小，但Q不可能減小，所以Q不變，根據(jù)E知E不變，所以電場(chǎng)力不變，小球仍然打在N點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)軌跡不變，所以電場(chǎng)力做功也不變，故A錯(cuò)誤，D正確；當(dāng)A、B間距減小時(shí)，電容增大，電容器充電，平行板間的電壓不變，根據(jù)E可知電場(chǎng)強(qiáng)度變大，由于電荷帶負(fù)電，受到向上的電場(chǎng)力，所以小球運(yùn)動(dòng)的加速度會(huì)變小，則在平行板間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間會(huì)變長，所以水平位移也將變大，應(yīng)該落在N點(diǎn)的右側(cè)，并且隨著電場(chǎng)力的增大，則電場(chǎng)力做功也將變大，故

8、B、C錯(cuò)誤。7.(2019昆明模擬)如圖所示，平行板電容器兩極板接在電源兩端，且傾斜放置。一帶電小球從A端水平射入，能沿水平直線AB運(yùn)動(dòng)，則()A小球的電勢(shì)能將減小B小球一定帶正電 C若斷開開關(guān)S，把B板拉開一段距離到圖中虛線位置，小球仍做直線運(yùn)動(dòng)D若始終閉合S，把B板拉開一段距離到圖中虛線位置，小球仍做直線運(yùn)動(dòng)C小球受到垂直極板向上的電場(chǎng)力和向下的重力，合力方向與速度方向相反，則粒子帶負(fù)電，電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；若斷開開關(guān)S，則極板帶電量不變，則把B板拉開一段距離到圖中虛線位置，兩板間場(chǎng)強(qiáng)不變，小球仍做直線運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)C正確；若始終閉合S，把B板拉開一段距離到圖中虛線位置，

9、兩板距離變大，場(chǎng)強(qiáng)變小，重力和電場(chǎng)力的合力方向不再與速度共線，此時(shí)小球?qū)⒆銮€運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤?？键c(diǎn)綜合練8(2019南京模擬)測(cè)定電子的電荷量的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖所示，置于真空中的油滴室內(nèi)有兩塊水平放置的平行金屬板M、N，并分別與電壓為U的恒定電源兩極相連，板的間距為d。現(xiàn)有一質(zhì)量為m的帶電油滴在極板間勻速下落，已知元電荷為e、重力加速度為g，則()A油滴中電子的數(shù)目為B油滴從小孔運(yùn)動(dòng)至N過程中，電勢(shì)能增加mgdC油滴從小孔運(yùn)動(dòng)至N過程中，機(jī)械能增加eUD若將極板M向下緩慢移動(dòng)一小段距離，油滴將加速下降B帶電油滴在極板間勻速下落，故受力平衡，則有mgq，所以油滴帶電荷量q，所以電子的數(shù)目為n

10、，故A錯(cuò)誤。油滴下降過程中，電場(chǎng)力方向向上，那么電場(chǎng)力做的功為mgd，電勢(shì)能增加mgd，故B正確。機(jī)械能減少，故C錯(cuò)誤。若將極板M向下緩慢移動(dòng)一小段距離，d減小，那么，電場(chǎng)力Fq增大，合外力豎直向上，油滴將減速下降，故D錯(cuò)誤。9.(2019鹽城模擬)如圖所示，帶正電的A球固定，質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子B從a處以速度v0射向A，虛線abc是B運(yùn)動(dòng)的一段軌跡，b點(diǎn)距離A最近，粒子經(jīng)過b點(diǎn)時(shí)速度為v，重力忽略不計(jì)，則()A粒子從a運(yùn)動(dòng)到b的過程中動(dòng)能不斷增大B粒子從b運(yùn)動(dòng)到c的過程中加速度不斷增大C可求出A產(chǎn)生的電場(chǎng)中a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差D可求出A產(chǎn)生的電場(chǎng)中b點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小C由圖知，帶電粒子受

11、到A處正電荷的排斥力作用，粒子從a運(yùn)動(dòng)到b的過程中庫侖力做負(fù)功，其動(dòng)能不斷減小，故A錯(cuò)誤。粒子從b運(yùn)動(dòng)到c的過程中粒子離正電荷越來越遠(yuǎn)，所受的庫侖力減小，加速度減小，故B錯(cuò)誤。根據(jù)動(dòng)能定理得：qUabmv2mv，可以求出A產(chǎn)生的電場(chǎng)中a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差Uab，故C正確。a、b間不是勻強(qiáng)電場(chǎng)，根據(jù)公式UEd，不能求b點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，故D錯(cuò)誤，故選C。10一水平放置的平行板電容器的兩極板間距為d，極板分別與電池兩極相連，上極板中心有一小孔(小孔對(duì)電場(chǎng)的影響可忽略不計(jì))。小孔正上方處的P點(diǎn)有一帶電粒子，該粒子從靜止開始下落，經(jīng)過小孔進(jìn)入電容器，并在下極板處(未與極板接觸)返回。若將下極板向上平移，則

12、從P點(diǎn)開始下落的相同粒子將()A打到下極板上B在下極板處返回C在距上極板處返回D在距上極板d處返回D設(shè)板間電壓為U，場(chǎng)強(qiáng)為E，則E，由動(dòng)能定理得mgdqEd0將下極板向上平移后，U不變，dd，則EE，設(shè)粒子在距上極板x處返回，則mgqEx0聯(lián)立解得xd，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤。11如圖所示，絕緣光滑軌道AB部分是傾角為30的斜面，AC部分為豎直平面上半徑為R的圓軌道，斜面與圓軌道相切。整個(gè)裝置處于場(chǎng)強(qiáng)為E、方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中?，F(xiàn)有一個(gè)質(zhì)量為m的帶正電小球，電荷量為q，要使小球能安全通過圓軌道，在O點(diǎn)的初速度應(yīng)滿足什么條件？解析：小球先在斜面上運(yùn)動(dòng)，受重力、電場(chǎng)力、支持力，然后在圓軌道上

13、運(yùn)動(dòng)，受重力、電場(chǎng)力、軌道作用力，如圖所示，類比重力場(chǎng)，將電場(chǎng)力與重力的合力視為等效重力mg，大小為mg，tan ，得30，等效重力的方向與斜面垂直指向右下方，小球在斜面上勻速運(yùn)動(dòng)。因要使小球能安全通過圓軌道，在圓軌道的“等效最高點(diǎn)”(D點(diǎn))滿足“等效重力”剛好提供向心力，即有：mg，因30與斜面的傾角相等，由幾何關(guān)系知AD2R，令小球以最小初速度v0運(yùn)動(dòng)，由動(dòng)能定理知：2mgRmvmv解得v0，因此要使小球安全通過圓軌道，初速度應(yīng)滿足v。答案：v12(2019唐山模擬)如圖甲所示，一對(duì)平行金屬板M、N長為L，相距為d，O1O為中軸線。當(dāng)兩板間加電壓UMNU0時(shí)，兩板間為勻強(qiáng)電場(chǎng)，忽略兩極板外

14、的電場(chǎng)。某種帶負(fù)電的粒子從O1點(diǎn)以速度v0沿O1O方向射入電場(chǎng)，粒子恰好打在上極板M的中點(diǎn)，粒子重力忽略不計(jì)。甲乙(1)求帶電粒子的比荷；(2)若MN間加如圖乙所示的交變電壓，其周期T，從t0開始，前內(nèi)UMN2U，后內(nèi)UMNU，大量的上述粒子仍然以速度v0沿O1O方向持續(xù)射入電場(chǎng)，最終所有粒子剛好能全部離開電場(chǎng)而不打在極板上，求U的值。解析：(1)設(shè)粒子經(jīng)過時(shí)間t0打在M板中點(diǎn)，沿極板方向有Lv0t0，垂直極板方向有d t，解得。(2)粒子通過兩板時(shí)間為t2T，從t0時(shí)刻開始，粒子在兩板間運(yùn)動(dòng)時(shí)每個(gè)電壓變化周期的前三分之一時(shí)間內(nèi)的加速度大小為a1，方向垂直極板向上；在每個(gè)電壓變化周期的后三分之二時(shí)間內(nèi)加速度大小為a2，方向垂直極板向下。不同時(shí)刻從O1點(diǎn)進(jìn)入電場(chǎng)的粒子在電場(chǎng)方向的速度vy隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖所示。因?yàn)樗辛Ｗ觿偤媚苋侩x開電場(chǎng)而不打在極板上，可以確定在tnT(n0,1,2,3)或tnTT(n0,1,2,3)時(shí)刻進(jìn)入電場(chǎng)的粒子恰好分別從極板右側(cè)上下邊緣處飛出，它們?cè)陔妶?chǎng)方向偏轉(zhuǎn)的距離最大，有d2，解得U。答案：(1)(2)U0- 8 -